Практичні заняття № 1, 2 Теплотехнічний розрахунок огороджуючих конструкцій

Мета заняття – закріплення теоретичних знань з питань теплотехнічного розрахунку огороджуючих конструкцій споруд.

На заняттях студенти повинні ознайомитися з методикою теплотехнічного розрахунку огороджень будівель, визначити опір теплопередачі R_o зовнішньої стіни, а також товщину шару утеплення огородження, при якому в приміщеннях будинку забезпечується температурний режим з урахуванням потрібних економічних показників.

Для заданого міста проектування обирають такі дані:

t₅ – розрахункова зимова температура найбільш холодної п'ятиденки забезпеченням 0,92 ([22], додаток 2);

t_х.д. – розрахункова зимова температура найбільш холодної доби ([22], додаток 2).

З додатку 2 [22] визначають також зону вологості пункту будівництва і знаходять умови експлуатації А або Б огороджуючих конструкцій.

Виконують ескізи огороджуючи конструкцій з найменуванням матеріалів конструктивних шарів.

За додатком 5 [22] визначають теплотехнічні показники будівельних матеріалів усіх конструктивних шарів огороджень для визначення умов експлуатації:

- в'язкість матеріалу γ, кг/м³;

- розрахунковий коефіцієнт теплопровідності λ, Вт/(м·^оС);

- коефіцієнт теплозасвоєння S, Вт/(м²·^оС).

Величина термічного опору теплопередачі огородження знаходять за формулою

R_o=R_з+ +R_вн , м²·^оС/Вт ,

де R_з=1/α_з , R_вн=1/α_вн – термічний опір тепловіддачі з боку зовнішнього і внутрішнього повітря відповідно; α_з=23 Вт/(м²·^оС), α_вн=8,7 Вт/(м²·^оС) – коефіцієнти теплообміну між повітрям і відповідною поверхнею огороджуючої конструкції.

Термічний опір шару огородження обчислюють за формулою

R_i=δ_i/λ_i,

де δ_i – товщина шару; λ_i – коефіцієнт теплопровідності шару (визначають за додатком Б [21] згідно з умовами експлуатації матеріалів).

При теплотехнічному розрахунку конструкції зовнішнього огородження величину потрібного термічного опору обчислюють за формулою

R_пот= , м²·^оС/Вт ,

де t_в і t_з – розрахункові температури повітря у приміщенні й зовні; n – коефіцієнт, що враховує положення зовнішньої поверхні огороджуючих конструкцій відносно зовнішнього повітря (для зовнішніх стін n=1); ∆t^н – температурний перепад між повітрям і внутрішньою поверхнею огородження.

Нормативні значення опору теплопередачі приймають залежно від кількості градусо-діб опалювального періоду [4], які встановлені залежно від температурної зони України.

Якщо фактичний термічний опір теплопередачі менше потрібного або нормативного значення, необхідно збільшити товщину шарів огороджуючої конструкції або передбачити додатковий шар теплоізоляції. Для обраного матеріалу теплової ізоляції (тобто коефіцієнт теплопровідності ізоляції λ_із відомий) товщину шару визначають з рівняння

δ_із=(R-R_o)λ_із , м,

де R – потрібне або нормативне значення опору теплопередачі.

Практичні заняття № 3, 4, 5 Розрахунок теплових втрат через огороджуючі конструкції будівель

Мета заняття – закріплення лекційного матеріалу і ознайомлення з методикою розрахунку теплових втрат через огородження будівель та споруд.

Розрахунок теплових втрат приміщенням виконують для визначення теплової потужності системи опалення і підбору опалювальних приладів. Приклади обчислення втрат теплоти приміщенням і підбору опалювальних приладів наведені в [22].

Розрахункові втрати Q₁, кВт, визначають за формулою

Q₁= Q_а+ Q_в ,

де Q_а – тепловий потік, кВт, через огороджуючи конструкції; Q_в – втрати теплоти, кВт, на нагрівання вентиляційного повітря.

Величини Q_а і Q_в розраховують для кожного елемента огороджуючої конструкції (стіни, стелі, підлоги, вікна, балконні двері) за формулою

Q_а=1/R_o·A(t_в-t_з)(1+Σβ)·n·10^-3 ,

де R_o – опір теплопередачі огороджуючої конструкції, м²·^оС/Вт, який розраховано за завданням, крім підлоги на ґрунті.

У випадку розрахунку теплових втрат крізь підлоги східцевих клітин опір теплопередачі приймають з рекомендацій [1], тобто для підлог на ґрунті та стін будівель, розташованих нижче рівня землі, опір теплопередачі визначають зонами шириною 2 м, паралельними стінам за формулою (див. рис. 2.1):

R_o= R_с+d/λ_ут ,

де R_с – опір теплопередачі, м²·^оС/Вт, що дорівнює 2,1 для зони І, 4,3 – для зони ІІ, 8,6 – для зони ІІІ, 14,2 – для площі підлоги, що залишилася; d – товщина шару утеплення, м, що враховується при λ_ут <1,2 Вт/(м²·^оС).

А – розрахункова площа огороджуючої конструкції, м².

Площа й лінійні розміри огороджуючих конструкцій знаходять за кресленням на рис. 2.2.

Рис. 2.1 – Схеми для визначення втрат теплоти:

а) через підлогу; б) через стіни, заглиблені нижче рівня землі

Рис. 2.2 – Правила заміру огороджуючих конструкцій при розрахунку теплових втрат:

а) переріз; б) план; ЗС – зовнішня стіна; ВК – вікна; ПЛ – підлога; СТ - стеля

Замір площі огороджуючих конструкцій

Площі визначають за зовнішніми замірами:

- площу вікон, дверей вимірюють за найменшим будівельним отвором;

- площу стелі й підлоги – між осями внутрішніх стін і внутрішньої поверхні зовнішньої стіни. Площу зон підлоги по ґрунту визначають з умовною розбивкою на зони (вказано вище).

Площі зовнішніх стін вимірюють: у плані – за зовнішнім периметром між зовнішнім кутом і осями внутрішніх стін; за висотою: на першому поверсі залежно від конструкції підлоги – від зовнішньої поверхні підлоги по ґрунту або від поверхні підготовки під конструкції на лагах, або нижньої поверхні перекриття над підпіллям до чистої підлоги другого поверху; в середніх поверхах – від поверхні підлоги до поверхні підлоги наступного поверху; на верхньому поверсі – від поверхні підлоги до верху конструкції перекриття з урахуванням товщини утеплювача.

t_в – розрахункова температура внутрішнього повітря, ^оС, приймають відповідно до норм проектування будівель.

При виконанні завдання можна приймати за [4] такі значення:

- житлова кімната 20 ^оС (для кутових кімнат 22 ^оС),

- кухня 15 ^оС,

- ванна 25 ^оС,

- східцеві клітки 16 ^оС.

t_з – розрахункова температура зовнішнього повітря, ^оС, приймається t_з= t₅;

n – коефіцієнт, який приймають залежно від положення зовнішньої поверхні огородження відносно зовнішнього повітря; для зовнішніх стін та покриття n=1, для перекриття над неопалювальним підвалом n=0,6;

β – додаткові втрати теплоти в частинах від основних втрат, що враховуються:

- для зовнішніх вертикальних і нахилених огороджень, які орієнтовані в напрямку, звідки у січні віє вітер із швидкістю, що перевищує 4,5 м/с з повтором не менше 15 % відповідно до СНиП 2.01.01-82, в розмірі 0,05 при швидкості вітру до 5 м/с і в розмірі 0,10 при швидкості 5 м/с і більше; при типовому проектуванні додаткові втрати враховують в розмірі 0,05 для всіх приміщень;

- для зовнішніх вертикальних і нахилених огороджень багатоповерхових будівель – в розмірі 0,20 для першого і другого поверхів; 0,15 – для третього, 0,10 – для четвертого поверхів будівель з кількістю поверхів 16 і більше; для 10...15-поверхових будівель додаткові втрати враховують в розмірі 0,10 для першого і другого поверхів і 0,05 для третього поверху.

Втрати теплоти Q_в , кВт, розраховують для кожного опалювального приміщення, яке має вікно або велику кількість вікон чи балконних дверей у зовнішніх стінах, виходячи з необхідності забезпечення підігріву опалювальними приладами зовнішнього повітря в обсязі одноразового повітрообміну на годину:

Q_в=0,337А_пл·h(t_в-t_з)10^-3,

де А_пл – площа підлоги приміщення, м²; h – висота приміщення від підлоги до стелі, м, але не більше 3,5; t_з – зовнішня температура холодного періоду, ^оС (дод. 2).

Втрати теплоти Q_в, кВт, на нагрівання зовнішнього повітря, що проникає у східцеві клітку, розраховують за формулою

Q_в=0,7b(H+0,8p)( t_в-t_з)10^-3,

де H – висота будівлі, м; p – кількість людей; b – коефіцієнт, що враховує кількість вхідних тамбурів: при одному тамбурі (двоє дверей) b=1,0, двох (три двері) b=0,6.

Порядок розрахунку втрат теплоти такий. Всі приміщення за годинниковою стрілкою нумерують на планах будівлі цифрами: на 1 поверсі з лівого кута – 101, 102, ...; на 2 поверсі – 201, 202, ...; на 9 поверсі – 901, 902, ... .

Східцеві клітки позначають СК.

Розрахунок теплових втрат оформлюють таблицею (див. табл. 2.1).

Назви огороджень у таблиці позначають так:

з.ст. – зовнішня стіна;

вк. – вікно;

ст. – стеля;

пл. – підлога

б.д. – балконні двері;

п.дв. – подвійні двері східцевої клітки.

Втрати теплоти через огороджуючи внутрішні конструкції приміщень можна не враховувати, якщо різниця температур між цими приміщеннями дорівнює 3 ^оС і менше.

Приклад 1. Розрахунок теплових втрат деяких приміщень. Конструктивні розміри наведені на рис. 2.3.

Рис. 2.3 – Конструктивні розміри приміщень

Таблиця 7.2 – Розрахунок теплових втрат

Номер приміщення	Призначення приміщення	Внутрішня температура tв, оС	Огороджуючих конструкції				Різниця температур tв-t5, оС	Поправочний коефіцієнт n	Коефіцієнт теплопередачі 1/Rо, Вт/(м2· оС)	Додаткові витрати		Основні витрати теплоти Qа, Вт	Витрати теплоти на нагрівання вентиляційного повітря Qв, Вт	Qа + Qв, Вт	Qвн, Вт	0,9 Qтр, Вт	Тепловтрати приміщення Qпр= Qн + Qв - 0,9 Qтр, Вт
			Позначення	Орієнтація	Розміри, м	Площа А, м2				∑β	1+∑β
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Помешкання № 101 (перший поверх)
101	Ж.к.	20	3.ст. 3.ст вк. підл	Зах Пів Пів -	4,61х3,25 3,61х3,25 1,5х1,5 4,1х3,1	14,98 11,73 2,25 12,71	43 43 43 43	1 1 1 0,6	1,11 1,11 1,32 0,56	0,05 0,1 0,1 -	1,05 1,1 1,1 -	750,7 615,8 140,5 183,6
												1690,6	552,5	2243	-	-	2243
Помешкання № 102 (другий поверх)
102	Ж.к.	20	З.ст З.ст. вк.	Зах Пів пів	4,61х3,0 3,61х3,0 1,5х1,5	13,83 10,83 2,25	43 43 43	1 1 1	1,11 1,11 1,32	0,05 0,1 0,1	1,05 1,1 1,1	693,11 568,6 140,5
												1402,2	552,5	1954,7	-	-	1954,7

Продовження таблиці 7.2.

Помешкання № 104 (четвертий поверх)
104	Ж.к.	20	З.ст З.ст. Вк стел.	Зах	4,61х3,25 3,61х3,25 1,5х1,5 4,1х3,1	14,98 11,73 2,25 12,71	43 43 43 43	1 1 1 1	1,11 1,11 1,32 0,77	0,05 0,1 0,1 -	1,05 1,1 1,1 -	750,7 615,8 140,5 420,8
												1927,8	552,5	2480,3	-	-	2480,3
Помешкання 202 (другий поверх, помешкання №2)
202	Ж.к.	20	З.ст. З.ст. Вк	Пів Схід Пів	3,35х3,0 1,75х3,0 1,5х1,5	10,05 5,25 2,25	43 43 43	1 1 1	1,11 1,11 1,32	0,1 0,05 0,1	- 1,05 1,1	527,65 263,1 140,5
												931,25	552,5	1483	-	-	1483

Примітки: 1. У графі 10 коефіцієнт теплопередачі вікна розрахований як різниця коефіцієнтів вікна і зовнішньої стіни, тобто 2,43-1,11=1,32, при цьому площа вікна не вилучається з площі стіни.

2. У графі 14 наведені розрахункові тепловтрати на нагрівання вентиляційного повітря в обсязі одноразового повітрообміну на годину.

3. У даному випадку тепловий потік від неізольованого трубопроводу опалення не розраховують. Це значення необхідно враховувати при відомому значенні діаметра і підборі приладів.

Вихідні дані: t_в=20 ^оС; t_з(5)=-23 ^оС; коефіцієнти теплопередачі зовнішніх огороджень, отримані теплотехнічним розрахунком, приймаємо рівними:

для зовнішньої стіни із цегляної кладки k=1,112 Вт/(м²· ^оС);

для перекриття над неопалювальним підвалом k=0,56 Вт/(м²· ^оС);

для горищного перекриття k=0,77 Вт/(м²· ^оС);

для вікон з подвійним дерев’яним заскленням k=2,43 Вт/(м²· ^оС).